Ev-Do网络小流量长在线业务无线优化策略探讨

2013-02-28钱少波钟期洪陈秀敏

电信科学 2013年2期

钱少波，罗萍，钟期洪，陈秀敏

（中国电信股份有限公司广东研究院广州510630）

1 背景

随着移动智能终端的快速普及，业务应用的快速增长，特别是小流量长在线业务的快速增长，引起了无线网络数据业务模型的改变，连接次数的猛增导致无线网络控制信道及反向容量存在瓶颈，出现了信令拥塞、网络质量下降的现象，严重时甚至出现了信令风暴和网络瘫痪。

2 概述

在中国电信发展Ev-Do网络的前期，终端以数据上网卡为主，业务以HTTP上网、下载等业务为主。那时的网络瓶颈主要存在于业务信道，表现为业务信道的时隙利用率过高，用户感知主要是网速慢。随着移动智能终端的快速普及、移动互联网业务的层出不穷，同时中国电信推出流量经营的营销模式，导致移动互联网业务应用由大流量业务为主向小流量业务为主转变。

尽管目前移动互联网业务的应用繁多，但是通过分析无线连接的流程，从无线资源角度出发，根据业务占用无线网络控制信道和业务信道资源特性的差异，可以将业务分为小流量长在线业务和大流量速率型业务。

小流量长在线业务（连接类或信令类业务）的主要特征是使用用户多、业务发生频繁、在线时间长、传输数据量小、有效传输分组占比较小以及无线业务信道资源利用效率低，用户使用这类业务时对资源可用性较敏感，但对传输速率不敏感。典型业务如即时通信、微信、微博等。由于连接次数多，信令也多，因此，又称为信令类业务。

大流量速率型业务的主要特征是传输数据量较大、有效传输分组占比较大、数据速率要求较高，用户使用这类业务时对传输速率均较敏感。典型业务如HTTP浏览/下载、P2P下载、在线视频等。

2.1 无线连接呼叫流程

如图1所示为典型的AN发起的重激活无线连接的被叫流程。

依据图1所示的无线连接的呼叫流程，业务对无线资源的占用主要是控制信道和业务信道。在接入过程中，通过控制信道的信令握手建立业务信道，建立成功后在业务信道传输业务数据。控制信道在前向称为前向控制信道，在反向称为接入信道。

2.2 Ev-Do网络运营小流量长在线业务的资源瓶颈

小流量长在线业务具有使用用户多、业务发生频繁、在线时间长等特征，因此在网管数据的表现为连接次数多、呼叫话务量多、前向用户数（Mac-Index）的利用率高（前向以Mac-Index区分用户）、反向RAB繁忙率高或反向RoT（rise over thermal）高；同时还具有前反向数据流量低的特征。因此，前向业务信道时隙利用率很低，即使在小流量长在线业务密集区域（如校园区域），前向业务信道时隙利用率一般也不超过30%，因此对其他用户前向下载速率影响不大，反向速率需求也不高，但在用户聚集的地方，由于用户数过多，提升扇区反向RoT会影响反向容量。在多载扇的基站，反向CE也有可能会出现瓶颈。

图2所示为某省某校园载扇的话务数据，从图中可以看出，用户数、连接次数与控制信道时隙利用率趋势一致。显然，该载扇覆盖区域是小流量长在线业务密集区域。

表1为无线连接所占用前反向资源的汇总，同时列举了在小流量长在线业务下的无线资源的常规预警门限。一般来说，业务信道、资源占用率指标的预警门限为70%。控制信道、信令指标的预警门限略低，为50%。

图1 无线连接的被叫流程

图2 省某校园载扇的话务数据

3 小流量长在线业务优化策略

由于小流量长在线业务主要的网络瓶颈是前向控制信道信令容量、前向Mac-Index资源及反向RoT，因此，总体的解决思路是先优化，后扩容，充分挖掘现网资源的信令容量，提升现网资源的网络利用率，若优化之后仍未能解决问题，再实施扩容。解决前反向存在问题的思路汇总见表2。

小流量长在线业务优化的具体顺序如下所述。

·通过网络优化，降低控制信道时隙利用率，减轻小流量业务对控制信道信令的压力。

表1 无线连接所占用前反向资源的汇总

表2 解决前反向存在问题的各种思路汇总

·通过网络优化，降低反向RoT，提高反向容量，使更多AT能接入网络。

·采用新技术、新硬件，提升信令板件的处理能力，提升网络容量。

·通过参数优化，提升网络前反向容量。

·终端、业务优化。例如延长手机QQ业务的心跳周期，减轻业务对信令容量的压力。

由于篇幅有限，本文仅针对主要的优化策略进行详细描述。

图3 SCI=9的寻呼机制

3.1 寻呼策略优化

小流量长在线业务密集区域的主要表象是前向控制信道时隙利用率过高，因此优化的首要目标是有效降低前向控制信道时隙利用率。而寻呼策略优化是降低前向控制信道时隙利用率的最有效的措施。

阿朗、华为技术、中兴通讯的Ev-Do寻呼机制大致相同，寻呼策略是寻呼范围由小到大。以下针对华为技术网络的寻呼原理进行描述。

根据终端与网络协商的不同SCI值，分别有针对SCI=9和SCI=5的两套寻呼策略，且两套寻呼策略有不同的默认参数。现网中的BE业务均采用SCI=9。现网的小流量长在线业务是BE业务。

BSC具有多次寻呼机制，即在收到PDSN发送来的数据分组后在一定的范围内发送多次page消息，寻呼范围、寻呼次数及两次寻呼间隔均可设定。

（1）寻呼范围

第1次寻呼的寻呼范围可配置，第2、3次不可修改。第1次配置可基于RU（最近一次RU上报的激活集扇区）、子网、距离或AN，第2次（子网）和第3次（AN）寻呼范围分别固定为子网和AN。

（2）寻呼次数

寻呼次数3次（不可修改），也就是说，AN收到PCF发送来的A9-BS服务请求，最多会发送3个page消息。

（3）寻呼间隔

寻呼间隔可设定。任意两次寻呼消息之间的时间间隔均相同。

如图3所示为基于SCI=9的寻呼机制，对于SCI=9的普通数据业务用户，若3次等待A9-setup-A8均超时，就会启动PPP释放定时器（默认为30 000 ms），该定时器启动后，系统禁止再次寻呼手机，避免该用户造成大量的寻呼失败。但用户可以主动接入，用户主动接入后则停止该定时器。该定时器超时后，PCF会删除该用户的PPP。

图3的SCI=9的寻呼机制中的主要内容说明如下所述。

·对SCI=9的终端，AN多次寻呼机制中2次寻呼间隔默认为7 s。

·对SCI=9的终端，PCF存在禁止后续寻呼的机制。9次寻呼无响应后，PCF禁止后续的寻呼（即PCF收到PDSN发送来的data-transfer后不会发起对此AT的寻呼）。

基于RU寻呼的寻呼策略参数配置：第1次寻呼，打开“基于RU的寻呼策略”，即首次寻呼时，基于上次释放的激活集进行寻呼；第2次寻呼，本子网内寻呼；第3次寻呼，本AN内寻呼。

华为技术设备寻呼优化建议如下所述。

·基于RU寻呼特性打开时，经测试评估，Vtime设置为20 s时最优。

·可降低40%～50%的寻呼消息，对减轻控制信道（寻呼信道）的负荷有立竿见影的效果，值得大力推广。

中兴通讯在多地进行了基于距离的寻呼策略试点，对降低前向控制信道的时隙利用率也有明显效果。

3.2 休眠定时器调整

在有效突破前向控制信道时隙利用率过高这一瓶颈后，网优的目标变为降低反向干扰、提升网络容量，使更多的AT能接入网络。缩短休眠定时器、缩短空口的占用时长，是提升网络容量的有力措施。切不可在前向控制信道时隙利用率过高的情况下，缩短休眠定时器，这样很容易引起信令拥塞，甚至信令风暴。

休眠定时器的定义就是空口无数据传送时从激活态转为休眠态的时长。在一定的时间里，AN监测到没有数据需要传送时，为节省宝贵的无线空口资源，需要对连接进行去激活操作。监测的时长就是休眠定时器。

小流量长在线业务对无线空口的占用时长，可以分为两段：数据实际传送时长和休眠定时器时长。小流量业务，顾名思义，是指由于数据量很小，数据实际传送时长仅为1～2 s，甚至更短。数据传送完毕后，启动休眠定时器。休眠定时器超时，空口从激活态转为休眠态。休眠定时器越长，空口效率越低；休眠定时器越短，空口效率越高。因此，缩短休眠定时器，可以缩短对空口的占用时长，有利于提高空口效率，降低反向RoT。

在近两年各地针对小流量业务密集区域的优化中，休眠定时器已普遍由系统默认的15 s缩短到10 s。从空口利用效率来看，似乎仍有缩短的空间。高通公司根据仿真结果，认为可以缩短到4～5 s。

缩短休眠定时器，无疑极大地改变了话务模型，调小后的具体效果为连接请求次数增大，呼叫话务量（连接时长）减小，反向RoT下降，连接成功率稳中有升，掉线率略为下降（掉线率计算式的分母是连接成功次数增大的原因），前向控制信道、反向接入信道负荷上升（连接次数增大导致信令量增大），BTS、BSC的信令处理CPU占用率上升。

由于休眠定时器的调整，极大地改变了话务模型，对连接次数、连接时长、连接成功率、掉线率等指标的影响巨大。由于休眠定时器的调小，是用控制信道、接入信道的负荷增大换取业务信道负荷的下降，因此，不适合在控制信道、接入信道负荷较高的BSC/区域实施。笔者建议，应根据现网的话务模型、连接次数、话务量、控制信道及接入信道负载，综合考虑休眠定时器的调整，应采取循序渐进的调整方式，切记勿一步到位。对于控制信道、接入信道负荷较低的区域，可以调整为4～5 s，控制信道、接入信道负荷较高的区域，调整为10～12 s。实施时，需时刻关注各种关联指标的变化趋势。

华为技术网络可以启用动态休眠定时器。其原理简述如下。

·自动调整休眠定时器，让无数据的在线用户下线，提升无线资源的循环利用率。

·系统忙时，减小休眠定时器时长，建立更多的连接请求，换取更大的系统容量。

·系统闲时，增大休眠定时器时长，减少不必要的连接释放，提高用户感受。

3.3 反向负载门限调整

反向负载门限的提高，也能一定程度地提升网络容量，但这是以牺牲网络质量及用户感知为代价的。

RoT是扇区总功率与基底噪声功率的比值。基站根据RoT评估基站的干扰和负载情况。

AN每个时隙对接收到的RoT进行测量，并与设定的RABThreshold门限值进行比较，以此来确定AN的反向链路的负载情况（过载或轻载）。AN每个时隙通过前向链路MAC信道中的RA信道将AN的反向负载情况告知本扇区内的AT。当反向激活比特RAB设置为 “忙”（RAB=1）时，表示反向链路满载，此时，AT根据一定的算法降低或保持数据速率；当RAB设置为闲（RAB=0）时，AT也根据一定的算法提高反向链路数据速率。反向负荷的估计精度将直接影响反向业务信道速率控制的准确性。

表3 常用接入参数的说明及建议值

当提高该RABThreshold门限值时，等于是把该启动负载控制的时间点延后。此时，反向链路能容纳更多的接入用户或承载更高的反向速率，而不进行反向链路的负载控制，相当于提升了反向容量。同时降低网管指标反向RAB繁忙率的值。但缺点是用户感知可能变差，用户接入成功率可能下降，传输重传率可能上升。

高通公司对该门限的推荐值为5.75 dB。笔者建议应根据当前网络的实际负荷、无线环境等，合理调整参数取值。在小流量长在线业务密集区域，例如手机QQ用户，对接入可靠性的需求高于对速率的需求，为保证更多的用户接入，可以适当提高该门限的设置。例如，提高至7～9 dB，甚至9～11 dB。

3.4 参数优化

通过一系列的参数优化，包括接入参数、反向链路参数、外环功控参数的优化，提升了前反向网络容量。其宗旨是在小流量长在线用户密集区域，一般不存在弱覆盖的情况。接入参数调整的原则是适当降低初始发射功率，以小步长、慢速接入，从而降低区域内的反向干扰，提高反向容量，使更多用户能接入网络。常用接入参数的说明及建议值见表3。